[发明专利]一种脑电波采集的穴位选择方法

说明书

技术领域

本发明涉及电子医学领域，尤其涉及一种脑电波信号采样方法。

背景技术

脑电是脑神经细胞在大脑皮层和和头皮表面的电生理活动表现，它能够有效地反映大脑生理、病理状况及大脑的功能状态。不同的思维状态和情绪变化，都能在不同的大脑皮层位置反映出不同的脑电信号，因此脑电信号含有丰富的有用信息。在生物医学中，脑电被作为医疗诊断和疾病治疗的有效手段；在认知研究中，脑电作为人类思维起源的重要工具。首先发现人类具有脑电活动特性的是德国精神病学家Hans Berger，他于1929年发表了首篇关于人类脑电的论文。

传统方法主要从时域、频谱和统计学的角度研究脑电。时域分析主要是研究脑电的波形、幅度，相位等特征，频域分析方法是分析脑电波在不同频段上的分布。它们能够描述脑电的部分特征，但灵敏度差，且无法分析大脑活动的本质特征。近年来小波变换、神经网络和非线性动力学等方法也开始应用于脑电信号的分析，它们代表了脑电信号分析的新方向。

用混沌理论研究脑电已成为非常重要的一个领域，大脑被认为是一个非线性动力系统。从研究目的来划分，主要有以下两个领域：(1)揭示脑的工作机制，研究人体处于不同生理状态、不同脑功能状态下的非线性动力学特征。(2)研究人体处于病理状态下非线性动力学的变化，为临床提供分析和诊断的依据。Whitney的相空间重构理论和Takens的延迟重构定理提供了从实验时间序列重构系统相空间的理论基础。基于该理论，对非线性时间序列进行分析和研究，可以非常有效的描述目标系统，这也使得对未知的复杂系统的研究成为可能。

在对非线性序列进行相空间重构的时候，影响重构效果的两个主要参数为延迟时间和嵌入维数，总的原则是保证采样时间序列能最大限度地重现原系统的非线性特性，尽可能地保持系统的信息。非线性动力学方法是研究脑电信号的新思路，对加深人类对脑的理解和疾病检测、诊断和治疗都将起到巨大的作用。

《Applied Mathematics and Computation》(2009，207(1)：63-74)讨论了脑电信号的非线性动力学特性，《IEEE Transactions on Biomedical Engineering》(2011，58(4)：1084-1093)运用相空间重构理论研究了人在处于不同身体状态时的脑信号变化情况。他们仅是对已采集的脑电信号进行处理，但是对脑电信号的采集却并未提及，而我们认为，脑电信号的采集是脑电信号处理的一个最为重要的环节，如果采集到的信号能够包含最大的信息量，那么必将为后续处理提供便利。这主要是因为大脑并非单一节点，在大脑不同部位采集到的信号的差异是很大的，如何从中选出最优的一路信号，使它能最大量地表征大脑的状态，包含最大的信息量。传统方法一般选取头部穴位的信号作为候选信号，但是无法对所采集的穴位信号做出优化选择。

发明内容

为了克服现有技术在选择大脑观察穴位时，脑电波信息不完整和多通道测量带来的复杂性，本发明提出了一种新的脑电波观测穴位的方法，能够在保证脑电波信息采集完整的同时，简化脑电波采集的复杂性，为后续脑电波实时分析节约了大量时间。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤：

首先，获取脑电波信号，即采集人体大脑的脑电波信号；以大脑的32个穴位为采集对象，分别构建穴位通道，通过设定时间长度，得到32个穴位通道的脑电波信号；将32个穴位通道的数据分别进行存储，得到32个等长度的数组；

然后，利用相空间重构理论分别将每个数组作为一个单独的系统分量进行研究，确定系统重构的嵌入维数m和延迟时间τ；首先采用FNN法(《Phys.Rev.A》，1992，45：3403-3411)确定嵌入维数m，然后采用AD法(《Physica D》，1994：73：82-98)的第一极值点作为延迟时间τ的数值；